高中组 地球科学科 佳作

《高中组 地球科学科 佳作》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、中華民國第四十五屆中小學科學展覽會作品說明書高中組地球科學科佳作040505有跡可循─C/2004Q2(Machholz)彗星軌道之研究國立大里高級中學作者姓名：高二游雅麗高二王柏青高二劉雅淳高二葉竣銘指導老師：林士超黃詩翔有跡可循—C/2004Q2(Machholz)彗星軌道之研究摘要適巧Machholz在去年8月發現新彗星C/2004Q2，而IAU公佈其軌道根素，言明Q2為拋物線軌道，永不回歸。本研究以14次彗星觀測，以Find_Orb程式計算Q2軌道根數，並分析軌道變動性及可能原因，進一步

2、驗證萬有引力並尋覓可能之擾動因素，同時進行了彗星運動模擬。結果顯示：Q2軌道為橢圓而非拋物線。各根數中，a變動稍大，其餘誤差小於2％。軌道形狀雖有不同，但不改變與黃道相對位置。再者，Q2近、遠日距為1.2、114AU，回歸週期438年，表示它來自歐特雲，屬週期彗星。又因Q2與地球軌道相距0.3AU，並不會造成流星雨。以星曆表做靈敏度測試，顯示本研究相當準確。在三點軌道計算，若時間取樣適當，根數並無明顯誤差。因Q2到訪不久，引力攝動不明顯；由Q2亮度對時間作圖可知Q2亮度屬規則變化，故Q2受非引力

3、影響極微，後續應著重引力攝動項。將來Q2軌道會如何呢？有待後續追蹤。關鍵詞：彗星軌道根數、天體力學攝動理論、二體運動1壹、研究動機彗星，古人將之視為不祥之星，直到哈雷成功估算1574、1668、1725年的彗星是同一顆，並成功預測1789年該彗星會再出現天際，於是開啟了天體力學及軌道計算新紀元。而Machholz在2004年8月27日的凌晨發現一顆新彗星C/2004Q2，當時亮度僅11.2等，視直徑2角分，IAU隨即在8月28日快訊中公告其軌道特性，資料顯示其軌道為拋物線，在2005年初會最接近

4、地球。在龍騰版高中基礎地球科學課本的10-2提到彗星起源分屬柯伊伯帶及歐特雲。高中物質科學物理篇(上)7-1也提到行星軌道特性。於是我們想知道Q2在天際是何運動型態？來自何方？天體力學常以二體問題做為軌道計算原則。據此，本研究意欲以二次曲線方程式來探究彗星位置變化真相。但從書本得知當彗星過於接近地球時，地球也會對彗星產生引力擾動，而使之發生不規則位置變化。本研究亦期許在天體的軌道特徵與動力學擾動問題有進一步且深入的瞭解。貳、研究目的一、在Uranometria星圖上進行位置比對，取得不同時間的彗

5、星位置。二、將觀測所得彗星位置，以程式分析C/2004Q2之軌道根數；再與IAU資料比較，分析軌道變動性並討論其原因。三、利用Q2軌道根數求其遠、近日點、公轉週期及來源。四、檢視Q2軌道根數變化，重新檢視其軌道特性，並找出可能擾動因素。五、比較Q2亮度和經驗亮度公式預測值有差異，並探究其原因。六、模擬並觀察在軌道面的彗星運動，及在黃道面投影的位置變化。參、研究設備及器材Uranometria星圖、電腦、PhotoImpact、軌道分析軟體FindOrb、TheSky、壓克力、奇異筆、橢圓鐵盤及彈

6、珠。肆、研究過程及方法一、取得C/2004Q2影像1.取國內外攝影作品十四輻（2004年8月至3月），包含近地及近日點的時段。2.將影像轉為數位檔案反白。3.將彗星影像拍攝時間轉換為世界標準時，以利資料比對。二、找出Q2彗星出現位置與太陽所在位置(黃道)關係1.將該天區的星圖影印拼合。2.取得彗星位置預測圖，配合離子尾方向在星圖找到彗星對應天區。3.估算攝影作品實際大小(FOV視野)，配合預測位置在星圖比對出彗星正確位置。三、製出彗星軌跡電子檔：1.以內插法讀出彗星的天球座標(R.A.赤經、De

7、c.赤緯)，並轉換成FindOrb所需的時間或角度。2.以UltraEdit程式，逐行輸入每次觀測日期及天球座標，存成ASCII電子檔。3.以FindOrb程式計算出Q2六個軌道根數，並嘗試以不同的統計方法做不同的統計分析，且逐一討論軌道根數的變化及近日、近地時刻的日彗距，再討論分析所得方均根並與IAU公佈的數據進行比較。四、模擬彗星運轉軌跡1.開啟TheSky模擬畫面，仔細觀察彗星移動快慢。找出彗星近日點軌跡，繞日旋轉的情形，並紀錄之。22.以AstroArts所公佈的彗星軌道模擬程式，進行Q

8、2運行及在空間上的特性的模擬。3.另再利用橢圓鐵盤及彈珠，模擬天體力學中的二體運動。4.綜合上述三步驟所得，製作具體的立體壓克力模型。伍、研究結果一、彗星位置比對結果：進行比對時，發現有些星點無法判讀，特別是數位相機影像具太多雜訊，反而是傳統底片影像較清晰，或者是以CCD拍攝影像（過程中可將雜訊扣除）。二、彗星位置及亮度變化：在2004年８月底，Q2出現在波江座逐漸往南；12月之後，Q2迅速北移。05年1月上旬彗星接近太陽且達最大亮度。之後遠離太陽，位置接近天球北極，成為整夜可見的拱極彗星。在三